Un método para formar una herramienta auto-calefactora y herramienta correspondiente.

Un método de formación de un útil o herramienta auto-calefactora (350),

comprendiendo el método:

depositar una pluralidad de hojas de material pre-impregnado (312a, 312b) que incluyen fibras de carbono sobre un mandril (602);

curar la pluralidad de hojas para formar una superficie de formación (312) del útil o herramienta auto-calefactora (350) adyacente al mandril (602);

formar una primera capa de aislamiento (310) sobre la pluralidad de hojas curadas;

aplicar al menos un primer revestimiento de resina (302b) impregnada con nanotubos eléctricamente conductores sobre la primera capa de aislamiento (310);

colocar selectivamente al menos dos tiras conductoras (306) sobre el primer revestimiento de resina (302b) impregnada con nanotubos;

aplicar al menos un segundo revestimiento de resina (302a) impregnada con nanotubos eléctricamente conductora sobre al menos dos tiras conductoras (306) y el primer revestimiento de resina (302b) impregnada con nanotubos;

curar al menos el primer y segundo revestimientos de resina (302a, 02b) impregnada con nanotubos;

colocar una segunda capa de aislamiento (300) sobre la resina impregnada con nanotubos;

curar la segunda capa de aislamiento (300);

colocar y curar capas de hojas (204a, 204b) de un material pre-impregnado para formar una parte de base de soporte (204) del útil o herramienta (350);

formar pasos (330) al menos a las dos tiras conductoras (306) a través de una parte de la resina impregnada con nanotubos curada; y

acoplar hilos conductores (340) al menos a las dos tiras conductoras (306) a través de los pasos (330).

Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E11177982.

Solicitante: ALLIANT TECHSYSTEMS INC..

Nacionalidad solicitante: Estados Unidos de América.

Dirección: 7480 Flying Cloud Drive, MN05-1W Minneapolis, MN 55344-3720 ESTADOS UNIDOS DE AMERICA.

Inventor/es: JOHNSON, DAVID, L., GLANCY,GEORGE J.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • B29C33/02 SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES.B29 TRABAJO DE LAS MATERIAS PLASTICAS; TRABAJO DE SUSTANCIAS EN ESTADO PLASTICO EN GENERAL.B29C CONFORMACION O UNION DE LAS MATERIAS PLASTICAS; CONFORMACION O UNION DE SUSTANCIAS EN ESTADO PLASTICO EN GENERAL; POSTRATAMIENTO DE PRODUCTOS CONFORMADOS, p. ej. REPARACION (trabajo análogo a trabajo de metales con máquinas herramientas B23; trabajo con muela o pulido B24; corte B26D, B26F; fabricación de preformas B29B 11/00;  fabricación de productos estratificados combinando capas previamente no unidas para convertirse en un producto cuyas capas permanecerán unidas B32B 37/00 - B32B 41/00). › B29C 33/00 Moldes o núcleos; Detalles o accesorios para ellos. › con medios de calentamiento o enfriamiento incorporados.
  • B29C33/38 B29C 33/00 […] › caracterizados por la materia o el procedimiento de fabricación (B29C 33/44 tiene prioridad; fabricación de moldes o de sus elementos, a partir de metales B22, B23).
  • B29C70/30 B29C […] › B29C 70/00 Conformación de materiales compuestos, es decir, materiales plásticos con refuerzos, cargas o partes preformadas, p. ej. inserciones (aspectos químicos C08, p. ej. C08J 5/00). › Conformación por apilado (lay-up), es decir, aplicando fibras, bandas o grandes hojas en un molde, una plantilla o un núcleo; Conformación por pulverización, es decir, pulverizando las fibras sobre un molde, una plantilla o un núcleo.
  • B29C70/70 B29C 70/00 […] › Inserciones completamente encapsuladas.
  • B29C70/88 B29C 70/00 […] › caracterizados principalmente por poseer propiedades específicas, p. ej. conductores eléctricos, reforzados localmente.
  • B29K105/16 B29 […] › B29K SISTEMA DE INDEXACION ASOCIADO A LAS SUBCLASES B29B, B29C O B29D, RELATIVO A LAS MATERIAS A MOLDEAR O MATERIALES DE REFUERZO, CARGAS O PREFORMADAS, p. ej. INSERCIONES. › B29K 105/00 Presentación, forma o estado de la materia moldeada. › Cargas.
  • B29K307/04 B29K […] › B29K 307/00 Uso de elementos no metálicos como refuerzo. › Carbono.
  • H05B3/14 SECCION H — ELECTRICIDAD.H05 TECNICAS ELECTRICAS NO PREVISTAS EN OTRO LUGAR.H05B CALEFACCION ELECTRICA; ALUMBRADO ELECTRICO NO PREVISTO EN OTRO LUGAR.H05B 3/00 Calefacción por resistencia óhmica. › siendo el material no metálico.
  • H05B3/26 H05B 3/00 […] › el conductor de calefacción montado sobre una base aislante.

PDF original: ES-2536051_T3.pdf

 


Fragmento de la descripción:

Un método para formar una herramienta auto-calefactora y herramienta correspondiente DECLARACIÓN RELATIVA PATROCINADA FEDERALMENTE

INVESTIGACIÓN O DESARROLLO El Gobierno de los Estados Unidos de Norteamérica puede tener ciertos derechos a esta solicitud bajo contrato Nº FA9453-06-D0368-0003.

ANTECEDENTES La estructuras compuestas formadas a partir de material pre-impregnado ("pre-preg") son utilizadas en la formación de estructuras de elevada resistencia mecánica -bajo peso tales como piezas utilizadas para construir aviones y naves espaciales, pero no están limitadas a ellas. El material pre-impregnado está hecho de fibras compuestas tales como carbono, vidrio, aramida y similares, que son unidas juntas con una resina que es activada con calor para que cure. El material pre-impregnado es suministrado típicamente en láminas u hojas. El fabricante forma entonces apilamientos de hojas de material pre-impregnado sobre una superficie de formación de un útil o herramienta que tiene una forma deseada. Una vez que se ha formado el material pre-impregnado sobre el útil o herramienta, el útil o herramienta es colocado en un autoclave u horno o estufa convencional para curar la resina. El deseo de la industria aeroespacial de disponer de estructuras cada vez más grandes ha dado como resultado mayores autoclaves y hornos convencionales necesarios para curar el material pre-impregnado. Cuanto mayores son los autoclaves y los hornos convencionales, mayores son los costes asociados con la construcción y el funcionamiento de los mismos.

El documento DE 10 2004 042422 A1 describe un molde que se puede calentar para la fabricación de componentes hechos de compuestos de fibras. El molde comprende compuestos de fibras con una matriz plástica y un calentador de resistencia eléctrica embebido en la matriz plástica.

El documento US 2009/0194525 A1 describe un elemento calefactor que utiliza nanotubo de carbono que incluye un miembro resistente al calor que tiene una característica de resistencia al calor, una capa de revestimiento de nanotubos de carbono formada sobre al menos una superficie de este miembro resistente al calor, y un par de electrodos conectados eléctricamente a la capa de revestimiento de nanotubos de carbono y que incluye el calentamiento de la capa de revestimiento de nanotubos de carbono cuando son conectados a una alimentación de corriente.

El documento JP 2008 1984407 A describe un calentador de láminas.

El documento US 2010/0140448 A1 describe moldes de álabe de una turbina eólica con calentamiento integrado y métodos para fabricar los mismos. El molde es fabricado proporcionando una estructura de soporte que tiene una forma predeterminada.

El documento DE 10 2006 058198 A1 describe moldes que se pueden calentar eléctricamente hechos de plástico. El molde comprende compuestos de fibra y un calentador de resistencia eléctrica.

Por las razones indicadas anteriormente y por otras razones establecidas más adelante que resultarán evidentes para los expertos en la técnica al leer y comprender la presente solicitud, existe una necesidad en la técnica de un método efectivo y eficiente de formar estructuras compuestas sin el uso de un autoclave u horno convencional.

SUMARIO DEL INVENTO Los problemas antes mencionados de los sistemas actuales son abordados por realizaciones del presente invento y serán comprendidos leyendo y estudiando la siguiente memoria. Realizaciones del presente invento incluyen tanto aparatos como métodos. El siguiente resumen está hecho a modo de ejemplo y no a modo de limitación. Es simplemente proporcionado para ayudar al lector a comprender algunos de los aspectos del invento.

En una realización, se proporciona un método para curar material compuesto para formar una estructura compuesta. El método incluye, colocar material pre-impregnado sobre un útil o herramienta de formación de estructura compuesta y calentar el útil o herramienta internamente para curar el material pre-impregnado.

En otra realización, se proporciona un útil o herramienta de curado. El útil o herramienta de curado incluye resina impregnada con nanotubos curados, al menos dos conductores formados en la resina impregnada con nanotubos curados, al menos una capa de material compuesto curado y al menos una capa de aislamiento que separa el material compuesto curado de la resina impregnada con nanotubos curados.

En aún otra realización, se proporciona un método para formar un útil o herramienta auto-calefactora, el método incluye formar al menos una capa de aislamiento. Aplicar al menos un primer revestimiento de resina impregnada con nanotubos sobre una primera capa de al menos una capa de aislamiento. Colocar selectivamente al menos dos tiras conductoras sobre la primera capa de resina compuesta de nanotubos. Aplicar al menos un segundo revestimiento de resina impregnada con nanotubos curados sobre al menos las dos tiras conductoras y el primer revestimiento de resina

impregnada con nanotubos. Curar al menos el primer y segundo revestimientos de resina impregnada con nanotubos. Formar pasos al menos a dos tiras conductoras a través de una parte de la resina impregnada con nanotubos curada y acoplar hilos conductores al menos a las dos tiras conductoras a través de los pasos.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS El presente invento puede ser comprendido más fácilmente y otras ventajas y usos del mismo serán más fácilmente evidentes, cuando es considerado a la vista de la descripción detallada y de las siguientes Figuras en las que:

La Figura 1 es un diagrama de flujo de formación de útil o herramienta de una realización del presente invento. La Figura 2 es una ilustración en vista en perspectiva lateral parcial de la formación de una parte de base de soporte de un útil o herramienta de una realización del presente invento. Las Figuras 3A-3I son vistas en perspectiva laterales parciales que ilustran la formación adicional de un útil o herramienta de calentamiento de una realización del presente invento. La Figura 3J es una vista en perspectiva inferior del útil o herramienta con pasos formados de una realización del presente invento. La Figura 3K es una vista de extremidad en sección transversal de un útil o herramienta de calentamiento de una realización del presente invento. La Figura 3L es una vista de extremidad en sección transversal del útil o herramienta de calentamiento de la Figura 3H acoplado a un controlador y fuente de alimentación de una realización del presente invento. La Figura 3M es una vista en perspectiva lateral de la formación de conductores en un útil o herramienta de calentamiento de otra realización del presente invento. La Figura 4 es un diagrama de flujo de formación de una estructura compuesta de una realización del presente invento. Las Figuras 5A y 5B son vistas en perspectiva laterales parciales en la formación de una estructura compuesta sobre un útil o herramienta auto-calentada de una realización del presente invento, y La Figura 6 es una vista en perspectiva lateral de una colocación del útil o herramienta de calentamiento de otra realización; y La Figura 7 es un diagrama de flujo de formación de un útil o herramienta de la formación del útil o herramienta de la Figura 6.

De acuerdo con la práctica común, las distintas características descritas no están dibujadas a escala sino que están dibujadas para enfatizar características específicas relevantes para el presente invento. Los caracteres de referencia indican elementos similares a lo largo de todas las Figuras y texto.

DESCRIPCIÓN DETALLADA En la siguiente descripción detallada, se ha hecho referencia a los dibujos adjuntos, que forman una parte de este documento, y en los que se han mostrado a modo de ilustración realizaciones específicas en las que el invento puede ser puesto en práctica. Éstas realizaciones están descritas con suficiente detalle para permitir a los expertos en la técnica poner en práctica el invento, y ha de comprenderse que pueden utilizarse otras realizaciones y que pueden hacerse cambios sin salir del espíritu y marco del presente invento. La siguiente descripción detallada no ha de ser por ello tomada en un sentido limitativo, y el marco del presente invento está definido solamente por las reivindicaciones y equivalencias de las mismas.

Realizaciones del presente invento proporcionan métodos y aparatos para fabricar moldes, formas o mandriles (que pueden ser en general denominados como un útil o herramienta) que son auto-calefactores. Por tanto, en realizaciones, se proporciona un útil o herramienta que incluye una fuente de calentamiento interno. Las realizaciones permiten que estructuras compuestas sean curadas en el mismo útil o herramienta en el que fueron... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Un método de formación de un útil o herramienta auto-calefactora (350) , comprendiendo el método:

depositar una pluralidad de hojas de material pre-impregnado (312a, 312b) que incluyen fibras de carbono sobre un mandril (602) ; curar la pluralidad de hojas para formar una superficie de formación (312) del útil o herramienta auto-calefactora (350) adyacente al mandril (602) ; formar una primera capa de aislamiento (310) sobre la pluralidad de hojas curadas; aplicar al menos un primer revestimiento de resina (302b) impregnada con nanotubos eléctricamente conductores sobre la primera capa de aislamiento (310) ; colocar selectivamente al menos dos tiras conductoras (306) sobre el primer revestimiento de resina (302b) impregnada con nanotubos; aplicar al menos un segundo revestimiento de resina (302a) impregnada con nanotubos eléctricamente conductora sobre al menos dos tiras conductoras (306) y el primer revestimiento de resina (302b) impregnada con nanotubos; curar al menos el primer y segundo revestimientos de resina (302a, 02b) impregnada con nanotubos; colocar una segunda capa de aislamiento (300) sobre la resina impregnada con nanotubos; curar la segunda capa de aislamiento (300) ; colocar y curar capas de hojas (204a, 204b) de un material pre-impregnado para formar una parte de base de soporte (204) del útil o herramienta (350) ; formar pasos (330) al menos a las dos tiras conductoras (306) a través de una parte de la resina impregnada con nanotubos curada; y acoplar hilos conductores (340) al menos a las dos tiras conductoras (306) a través de los pasos (330) .

2. El método según la reivindicación 1, en el que al menos una de la primera y segunda capas de aislamiento (300, 310) es una capa de vidrio trenzado en seco.

3. El método según la reivindicación 2, en el que formar la capa de vidrio trenzado en seco comprende además: estratificar la capa de vidrio trenzado en seco.

4. El método según la reivindicación 2, en el que la primera capa de aislamiento (310) es una capa de vidrio trenzado en seco, comprendiendo el método además:

curar la capa de vidrio trenzado en seco antes de que se apliquen el primer y segundo revestimientos de la resina (302a, 302b) impregnada con nanotubos.

5. El método según la reivindicación 1, en el que la resina impregnada con nanotubos incluye nanotubos de carbono impregnados en resina.

6. El método según la reivindicación 5, que comprende además:

seleccionar la resina que sea compatible para un rango de calor dado utilizado para curar el material compuesto.

7. El método según la reivindicación 5, que comprende además: determinar el porcentaje de nanotubos y resina.

8. El método según la reivindicación 1, que comprende además:

formar una parte de base de soporte (204) sobre la segunda capa de aislamiento (300) ; y formar una parte de superficie de formación del útil o herramienta, estando al menos las dos tiras conductoras (306) posicionadas entre la parte de base de soporte (204) y la superficie de formación del útil o herramienta.

9. Un útil o herramienta de curado que comprende:

una pluralidad de hojas de material pre-impregnado (312a, 312b) que incluyen fibras de carbono colocadas sobre un mandril (602) ; una superficie de formación (312) , formada por la pluralidad de hojas, en la que la pluralidad de hojas son curadas; una primera capa de aislamiento (310) formada sobre la pluralidad de hojas curadas; comprendiendo la primera capa de aislamiento (310) al menos un primer revestimiento de resina (302b) impregnada con nanotubos eléctricamente conductores; al menos dos tiras conductoras (306) que son colocadas selectivamente sobre el primer revestimiento de resina (302b) impregnada con nanotubos; al menos un segundo revestimiento de resina (302a) impregnada con nanotubos eléctricamente conductores que es aplicado al menos sobre las dos tiras conductoras (306) y un primer revestimiento de resina (302b) impregnada con nanotubos;

siendo curados al menos el primer y segundo revestimientos de resina (302a, 302b) impregnada con nanotubos; y siendo curada una segunda capa de aislamiento (300) colocada sobre la resina impregnada con nanotubos; una parte de base de soporte (204) formada por capas de hojas (204a, 204b, 204c) de un material preimpregnado depositado y curado sobre la segunda capa de aislamiento (300) ;

pasos (330) formados al menos en las dos tiras conductoras (306) a través de una parte de la resina impregnada con nanotubos curada; hilos conductores (340) acoplados al menos a las dos tiras conductoras (306) a través de los pasos (330) ; en el que la primera capa de aislamiento (310) está posicionada entre la parte de superficie (312) del útil o herramienta de formación y la resina (302a, 302b) impregnada con nanotubos curada; y la segunda capa de aislamiento (300) está posicionada entre la base de soporte y la resina (302a, 302b) impregnada con nanotubos curada.

10. El útil o herramienta de curado según la reivindicación 9, en el que al menos uno de la primera y segunda capas de aislamiento (300, 310) es una hoja de vidrio curado. 15

11. El útil o herramienta de curado según la reivindicación 9, que comprende además:

la parte de base de soporte (204) , la primera capa de aislamiento (310) y una parte de la resina impregnada con nanotubos curada tienen pasos alineados (330) al menos a los dos conductores; y 20 un alambre conductor (340) para cada paso alineado (330) , pasando cada alambre conductor (340) a través de pasos alineados asociados (330) , estando cada alambre conductor (340) acoplado a un conductor asociado.

12. El útil o herramienta de curado según la reivindicación 11, que comprende además:

una alimentación de corriente (342) acoplada a la pluralidad de hilos conductores (340) ; y un controlador (344) configurado para controlar la alimentación de corriente (342) .

13. El útil o herramienta de curado según la reivindicación 12, en el que el controlador (344) está configurado para variar la corriente de la alimentación de corriente (342) para ajustar el calor producido por el útil o herramienta de curado. 30

14. El útil o herramienta de curado según la reivindicación 12, en el que la alimentación de corriente suministra (342) una corriente alterna.

15. El útil o herramienta de curado según la reivindicación 9, en el que al menos dos conductores son tiras conductoras 35 posicionadas relativamente paralelas entre sí y separadas a distancias seleccionadas.


 

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